العالم – ایران
پژوهشگران موفق شدهاند سلولهای باکتریایی را بهگونهای مهندسی کنند که مانند ترانزیستور عمل کنند. به این ترتیب، میتوان مدارهای زیستی را ساخت و آنها را روی یک محیط کشت در آزمایشگاه رشد داد.
ترانزیستورها در مدارهای الکتریکی مانند کلید عمل میکنند و جریان برق را روشن و خاموش میکنند. در مدار زیستی جدید نیز «کلیدهای باکتریایی» میتوانند جریان اندکی از مولکولها را کنترل کنند؛ مولکولهایی که سیگنالهایی را به بخشهای دیگر مدار ارسال میکنند.
حمید دوستحسین، دانشجوی پسادکتری و رهبر این پژوهش، میگوید: «ما برخی از اجزای پایه معماری رایانه را که معمولاً مورد استفاده قرار میگیرند، ساختهایم.»
پژوهشگران امیدوارند با استفاده از این روش، در آینده مدارهایی بسازند که روی برگها یا ریشههای گیاهان قرار گیرند و با انجام فرایندهای محاسباتی، شرایط محیطی مانند خشکسالی یا حمله آفات را شناسایی کرده و به آنها واکنش نشان دهند.
در طراحی مدارهای زیستی مصنوعی، پژوهشگران معمولاً سلولها را بهگونهای مهندسی میکنند که پروتئینها و عوامل رونویسی خاصی را تولید کنند. این عوامل برای انجام فعالیتهایی مانند شناسایی یک مولکول هدف با یکدیگر تعامل میکنند و در نهایت به تولید یک خروجی مشخص منجر میشوند.
این مدارهای ساده میتوانند عملیات مختلفی انجام دهند، اما برای هرکدام به عوامل رونویسی خاصی نیاز است. تعداد عوامل رونویسی قابل استفاده در این مدارها محدود است و همین مسئله، پیچیدگی مدارهایی را که میتوان در یک سلول ایجاد کرد، محدود میکند. علاوه بر این، قرار دادن تعداد زیادی مدار در یک سلول میتواند توان سلول برای تولید پروتئین را تحت فشار قرار دهد.
پژوهشگران در مطالعه جدید رویکرد متفاوتی را در پیش گرفتند. آنها به جای ساخت یک مدار کامل درون یک سلول، سلولهایی را طراحی کردند که میتوانند بهعنوان ترانزیستور عمل کنند. سپس میتوان این ترانزیستورها را به روشهای مختلف در کنار یکدیگر قرار داد و مدارهای گوناگونی ساخت.
برای ساخت این ترانزیستورها، پژوهشگران از باکتری Pantoea agglomerans استفاده کردند؛ باکتریای که بهطور معمول روی سطوح مختلف، از جمله گیاهان، رشد میکند. آنها با استفاده از این سلولها دو نوع ترانزیستور ساختند که با مولکولی به نام OC-6 روشن و خاموش میشوند. یکی از ترانزیستورها در حضور این مولکول فعال و دیگری غیرفعال میشود.
هر ترانزیستور همچنین میتواند حضور یک مولکول هدف را شناسایی کند و بر اساس آن، سیگنالی را به بخش بعدی مدار ارسال کند.